Безотходное горное производство

Горное производство образует твердые, жидкие и газообразные отходы (табл.9.1)

Большое количество отходов является наиболее объективным показателем несовершенства проектируемой или применяемой технологической схемы, поэтому необходимо обеспечить созданиеи широкое применение технических средств и технологии для комплексного и более полного извлечения полезных компонентов из руд, а также использование малооперационных, малоотходных и безотходных технологических процессов.

А.И. Топоровский, А.С. Петров и Б.Л. Толкунов приводят следующие данные, относящиеся к производству чугуна и меди (табл.9.2.)

Таблица 9.1

Виды отходов горного производства

Фазовая	Способ добычи
характеристика	Открытый	Подземный	Геотехнологи-	Обогащение
отходов			ческий
Твердые	Вскрышные по-	Вмещающие	Часть балансо-	Хвосты обо-
	роды, часть ба-	породы, часть	вых запасов по-	гащения
	лансовых запа-	балансовых за-	лезных ископае-
	сов полезных	пасов полезных	мых, бедные и
	ископаемых,	ископаемых,	забалансовые
	бедные и заба-	бедные и заба-	РУДЫ
	лансовые руды	лансовые руды
Жидкие	Карьерные во-	Шахтные (руд-	Рабочие аген-	Технологичес-
	ды	ничные) воды	ты (теплоноситель, растворитель и др.)	кие стоки
Газообраз-	Продукты мас-	Рудничный воз-	Продукты физи-	Продукты сго-
ные	совых взрывов	дух	ческих и химических реакций	рания топлива, отходящие газы, продукты измельчения, сушки, обжигания и других технологических процессов

Как следует из данных, приведенных в табл.9.2, добываемая из недр горная масса для производства чугуна только на 3-5 % используется полезно, остальные 95-97 % образуют специально создаваемые отвалы, которые при производстве 1 т чугуна занимают 2-5 м2 полезной площади земной поверхности. При производстве цветных металлов эти цифры на порядок ниже: так, при производстве меди только до 0,5 % добываемой горной массы используется полезно, остальной объем образует отвалы и хвостохранилища, занимающие до 10 м2 земной поверхности при производстве 1 т меди.

Горная промышленность США ежегодно перемещает около 2,1 млрд т пустой породы. К 2002 г. этот показатель достигнет 5,8 млрд т. В мире при добыче подземным способом каждых 1 000 т угля на поверхность выбрасывается 1 - 12 кг угольной и породной пыли, 50-570 тыс. м3 метана, 7,5-15 тыс. м3 углекислого газа, около 5,5 тыс. м3 оксидов, образующихся при взрывных работах, 55-135 тыс. кДж теплоты, 1,5-9 тыс. м3 шахтных вод и 210-300 т породы. Таким образом, создание технологических процессов, в которых не образуются отходы, и на этой основе полностью экологизированных предприятий и территориально-производственных комплексов - одна из важнейших проблем современного общества.

Понятие "безотходная технология" было впервые предложено академиками Н.Н. Семеновым и И.В. Петряновым-Соколовым в 70-х годах. До настоящего времени содержание этого понятия окончательно не определено. В решении Европейской Экономической Комиссии (ЕЭК) ООН и Декларации о малоотходной и безотходной технологии и использовании отходов, принятом в 1979 г. в Женеве, указывается, что безотходная технология есть практическое применение знаний, методов и средств с тем, чтобы в рамках потребностей человека обеспечить наиболее рациональное использование природных ресурсов и энергии и защитить окружающую среду. Это определение, по нашему мнению, является общим и не раскрывает существо безотходной технологии. В 1984 г. на семинаре по малоотходной технологии ЕЭК ООН в Ташкенте содержание понятия "безотходная технология" было уточнено следующим образом: "Безотходная технология - это такой способ осуществления производства продукции (процесс, предприятие, территориально-производственный комплекс), при котором наиболее рационально и комплексно используются сырье и энергия в цикле: сырьевые ресурсы - производство - потребление - вторичные сырьевые ресурсы, таким образом, что любые воздействия на окружающую среду не нарушают ее нормального функционирования". Такая трактовка понятия "безотходная технология" представляется более совершенной, хотя также не свободной от недостатков. Основное возражение в предложенной формулировке вызывает отождествление понятий "технология" и "региональное планирование и организация производства".

Использование полезных ископаемых при производстве 1 т чугуна и меди

Показатели	Значения показателен при производстве
	чугуна	меди
Добыча горной массы из	20-30	200-300
недр, т
Размещение добытой горной	15-25	180-200
массы в отвалах на земной
поверхности, т
Размещение добытой и из-	2-4	60-90
мельченной горной массы в
хвостохранилищах на зем-
ной поверхности, т
Специально занятая пло-
щадь на земной поверхно-
сти, м:
под горно-добычные ра-	0,03-0,05	0,2-0,4
боты
под породные отвалы	0,1-0,2	1,2-1,8
под хвостохранилища	2-5	6-9
Условный коэффициент использования недр, %	3-5	0,3-0,5

Рассматривая содержание понятия "безотходное производство", необходимо учитывать один из законов природопользования, рассмотренный в разд.1.2 В соответствии с одним из следствий этого закона, абсолютно безотходное производство невозможно, т.к. оно равнозначно созданию "вечного" двигателя. Поэтому предлагается ввести понятие "безотходное производство", понимая под ним совокупность технологических процессов по извлечению полезных компонентов из природных ресурсов для удовлетворения материальных и духовных потребностей человеческого общества, в которых обеспечивается полное использование вещества (твердого, жидкого и газообразного) и энергии либо в рамках производственной деятельности человека, либо путем их включения в природный геобиохимический процесс.

Это позволяет определить содержание понятия "безотходное горное производство" как комплекс мероприятий научно-технического и организационно-экономического характера, проводимых на всех стадиях добычи и переработки полезных ископаемых и обеспечивающих полное использование минеральных ресурсов и энергии либо непосредственно в самом горном производстве, либо путем их включения в природные геобиохимические процессы.

Успешное решение этой проблемы позволит: получить дополнительные (и весьма значительные) объемы сырья; снизить и перенести на более отдаленные периоды расходы на освоение новых сырьевых районов; стабилизировать цены на минеральное сырье; существенно уменьшить масштабы воздействия горного производства на окружающую среду и тем самым создать условия для эффективного преодоления негативных тенденций развития минерально-сырьевой базы и горно-добывающей промышленности.

Принципиальное различие между обычной и безотходной технологиями показано на рис.9.1.

Загрязнение окружающей среды отходами происходит из-за их неполного обезвреживания вследствие несовершенства технологического процесса или присутствия значительного количества примесей в исходном сырье. Загрязнитель после выброса в любую часть биосферы будет растворяться в ней и одновременно проникать в другие части биосферы, взаимодействовать с ними.

Идея создания безотходного (экологизированного) горного производства заключается в разработке и реализации методов и средств и их организационно-экономического обеспечения, позволяющих вписать современное горное производство - геохимически открытую систему с крайне низким коэффициентом выхода готовой продукции на единицу используемых природных ресурсов в природный геохимический круговорот, превратив его тем самым в геохимически замкнутую производственную систему.

Замкнутое экологизированное горное производство основывается на следующих принципах:

минимум потерь вещества и энергии на стадиях их изъятия из природной (экологической) системы и последующего использования в горном производстве;

максимум применения отходов горного производства (вещества и энергии) в других хозяйственных системах и для восстановления нарушенного экологического равновесия природной системы.

Будучи выведенными из промышленного производства в окружающую среду, отходы со временем теряют свои полезные свойства. Поэтому, как отмечает Б.Н. Ласкорин, очень важно перерабатывать отходы в месте их образования и в момент возникновения. Чем дальше удаляются отходы от места их образования, тем больше усложняется эта задача, пока на каком-то этапе становится практически неосуществимой.

Проблема безотходного горного производства во многом решается при комплексном использовании минерального сырья и отходов его переработки.

Комплексное использование минерального сырья и отходов его переработки. Это направление является самым важным в решении проблемы безотходного горного производства, так как почти все месторождения полезных ископаемых являются комплексными, т.е. содержат не один, а несколько полезных компонентов.

Например, для горно-химической отрасли комплексное использование минеральных ресурсов сопровождается, с одной стороны, максимальным извлечением полезных компонентов, содержащихся в горно-химических рудах, утилизацией вмещающих пород и отходов производства для удовлетворения потребностей других отраслей народного хозяйства и улучшением технико-экономических показателей отрасли, а с другой - пополнением минерально-сырьевой базы отрасли за счет попутного извлечения фосфатов, серы и других полезных компонентов при комплексной переработке руд черных и цветных металлов, природного газа и т.д.

В отечественной горно-добывающей промышленности накоплен большой опыт комплексного использования минеральных ресурсов.

Большая часть добываемых твердых горючих ископаемых - каменный и бурый уголь, антрацит, торф или горючий сланец - идет на первичную и комплексную переработку. Первичная переработка (рассортировка угля и сланца по классам, обогащение, брикетирование и другие операции) способствует получению более качественного топлива и сокращению отходов.

Комплексное использование твердых горючих ископаемых направлено на получение кокса, полукокса, химической продукции и энергетического топлива. Коксование - почти единственный промышленный метод химико-технологической переработки углей. Кроме кокса этим методом получают значительное количество газа, сырого бензола и смолы. В настоящее время наша страна занимает первое место по производству кокса (20 % объема мирового производства). В перспективе из коксового газа и смолы предполагается получать в промышленных масштабах большое количество продукции, в том числе серную кислоту, сульфат аммония и т.д.

Для комплексного использования угля в качестве энергетического топлива широко применяют гидрогенизационный процесс, который включает в себя следующие стадии:

превращение угля в жидкую фазу;

устранение минеральных примесей (фильтрация);

удаление вредных газовых примесей (сернистых, азотных, кислорода);

уменьшение размера молекул продуктов посредством крекинга;

повышение октанового числа продукта.

Отходы переработки угля, в частности зола и шлаки, находят применение в народном хозяйстве.

Предприятия цветной металлургии также обладают значительным опытом комплексного использования сырья. Из 70 химических элементов, получаемых на предприятиях цветной металлургии, почти половину извлекают попутно: серебро, висмут, платину, золото, серу, цинк, свинец, медь и т.п. Эта "добавка" составляет почти треть общей стоимости получаемой продукции.

Для некоторых крупных металлургических предприятий разработаны способы утилизации железосодержащих шламов и пыли, использование которых позволит получить дополнительно около 7,4 млн т железосодержащего сырья со средним содержанием железа около 50 %.

В горно-химической промышленности разработаны технологические решения, позволяющие комплексно использовать апатитонефелиновые руды, залегающие на Кольском полуострове.

Полнота и комплексность использования минеральных ресурсов может быть оценена с помощью ряда показателей:

а) показателя рациональности

 (9.1)

где Qи - количество ресурсов, используемых в производстве;

Qn - количество ресурсов, изъятых из природной среды;

б) показателя комплексности

КК = (ЦП/ЦС) 100%; (9.2)

Цп - ценность продукции, фактически произведенной из минерального сырья; Цс - суммарная ценность компонентов в сырье;

в) коэффициента безотходности

KБ = (Му/Мв) 100%; (9.3)

My - масса утилизируемых отходов;

Мв - масса отходов, выделявшихся в процессе производства.

Образующиеся в технологических процессах горного производства сточные воды могут использоваться преимущественно в двух направлениях:

а) использование самих сточных вод;

б) использование веществ, растворенных в сточных водах. Основные пути использования водной составляющей

стоков - это повторное и обратное водоснабжение.

Повторное использование сточной воды представляет собой использование одной и той же воды (без промежуточной очистки или с очисткой) в нескольких стадиях производственного процесса.

После очистки сточных вод остается мелкодисперсионная минеральная масса, которая также может быть утилизирована.

Комплексное использование ресурсов недр дает:

эффект от производства и потребления дополнительной продукции;

экономию затрат на нейтрализацию вредного воздействия отходов на окружающую среду;

экономию затрат при замене природного сырья вторичным;

экономию затрат на воспроизводство природных ресурсов.